ייצור חומרים חיוביים ושליליים

בהכנת חומרי אלקטרודה אנאורגניים לסוללות ליתיום-יון, תגובה במצב מוצק בטמפרטורה גבוהה היא הנפוצה ביותר. תגובה במצב מוצק בטמפרטורה גבוהה: מתייחסת לתהליך שבו המגיבים, כולל חומרים במצב מוצק, מגיבים למשך זמן בטמפרטורה מסוימת ומייצרים תגובות כימיות באמצעות דיפוזיה הדדית בין יסודות שונים כדי לייצר את התרכובות היציבות ביותר בטמפרטורה מסוימת, כולל תגובה מוצק-מוצק, תגובה מוצק-גז ותגובה מוצק-נוזל.

אפילו אם משתמשים בשיטת סול-ג'ל, שיטת קופרציפיטציה, שיטה הידרותרמית ושיטה סולבותרמית, בדרך כלל נדרשת תגובת פאזה מוצקה או סינטור פאזה מוצקה בטמפרטורה גבוהה. הסיבה לכך היא שעקרון הפעולה של סוללת ליתיום-יון דורש שחומר האלקטרודה שלה יוכל להכניס ולהסיר ליתיום+ שוב ושוב, ולכן מבנה הסריג שלה חייב להיות יציב מספיק, מה שמחייב גבישיות גבוהה של החומרים הפעילים ומבנה הגביש יהיה סדיר. קשה להשיג זאת בתנאי טמפרטורה נמוכים, ולכן חומרי האלקטרודה של סוללות ליתיום-יון המשמשים כיום מתקבלים בעיקרון באמצעות תגובת מצב מוצק בטמפרטורה גבוהה.

קו הייצור של עיבוד חומרי הקתודה כולל בעיקר מערכת ערבוב, מערכת סינטור, מערכת ריסוק, מערכת שטיפת מים (רק ניקל גבוה), מערכת אריזה, מערכת שינוע אבקה ומערכת בקרה חכמה.

כאשר נעשה שימוש בתהליך ערבוב רטוב בייצור חומרי קתודה לסוללות ליתיום-יון, נתקלות לעיתים קרובות בבעיות ייבוש. ממסים שונים המשמשים בתהליך הערבוב הרטוב יובילו לתהליכי ייבוש וציוד שונים. כיום, ישנם בעיקר שני סוגים של ממסים המשמשים בתהליך הערבוב הרטוב: ממסים לא מימיים, כלומר ממסים אורגניים כמו אתנול, אצטון וכו'; ממס מים. ציוד הייבוש לערבוב רטוב של חומרי קתודה לסוללות ליתיום-יון כולל בעיקר: מייבש סיבובי ואקום, מייבש מגרפה ואקום, מייבש ריסוס ומייבש רצועת ואקום.

הייצור התעשייתי של חומרי קתודה עבור סוללות ליתיום-יון מאמץ בדרך כלל תהליך סינטור במצב מוצק בטמפרטורה גבוהה, והציוד המרכזי שלו הוא כבשן סינטור. חומרי הגלם לייצור חומרי קתודה של סוללות ליתיום-יון מעורבבים ומיובשים באופן אחיד, לאחר מכן נטענים לכבשן לצורך סינטור, ולאחר מכן נפרקים מהכבשן לתהליך ריסוק וסיווג. לייצור חומרי קתודה, אינדיקטורים טכניים וכלכליים כגון טמפרטורת בקרת טמפרטורה, אחידות טמפרטורה, בקרת אטמוספרה ואחידות, המשכיות, כושר ייצור, צריכת אנרגיה ומידת האוטומציה של הכבשן חשובים מאוד. כיום, ציוד הסינטור העיקרי המשמש לייצור חומרי קתודה הוא כבשן דחיפה, כבשן גלילים וכבשן פעמון.

◼ כבשן גלילים הוא כבשן מנהרה בגודל בינוני עם חימום וסינטור רציפים.

◼ בהתאם לאטמוספירת הכבשן, בדומה לכבשן הדחיפה, כבשן הגלילים מחולק גם לכבשן אוויר וכבשן אטמוספרי.

• כבשן אוויר: משמש בעיקר לסינטור חומרים הדורשים אווירה מחמצנת, כגון חומרי ליתיום מנגן, חומרי ליתיום קובלט אוקסיד, חומרים טרנריים וכו';
• כבשן אטמוספרי: משמש בעיקר לחומרים טרנריים מסוג NCA, חומרי ליתיום ברזל פוספט (LFP), חומרי אנודה גרפיט וחומרי סינטור אחרים הזקוקים להגנה מפני גז אטמוספרי (כגון N2 או O2).

◼ כבשן הגלגולים מאמץ תהליך חיכוך גלגול, כך שאורך הכבשן לא יושפע מכוח ההנעה. תיאורטית, הוא יכול להיות אינסופי. מאפייני מבנה חלל הכבשן, עקביות טובה יותר בעת שריפת מוצרים, ומבנה חלל הכבשן הגדול תורמים יותר לתנועת זרימת האוויר בכבשן ולניקוז ופליטת גומי של מוצרים. זהו הציוד המועדף להחליף את כבשן הדחיפה כדי להשיג ייצור בקנה מידה גדול באמת.

◼ כיום, ליתיום קובלט אוקסיד, טרנרי, ליתיום מנגן וחומרי קתודה אחרים של סוללות ליתיום-יון מסונטרים בכבשן גלילים אוויר, בעוד ליתיום ברזל פוספט מסונטר בכבשן גלילים מוגן על ידי חנקן, ו-NCA מסונטר בכבשן גלילים מוגן על ידי חמצן.